数学建模 美赛特等奖论文(中文版)分析溃坝:针对南卡罗来纳州大坝坍塌建立模型
特大洪水演变过程及不确定性研究项目专题(二)——溃决形成专题的试验数据和结论

特大洪水演变过程及不确定性研究项目专题(二)——溃决形成专题的试验数据和结论崔弘毅【摘要】特大洪水演变过程及不确定性研究项目专题(IMPACT)之WP2专题(即溃决形成专题)的重点是通过对大坝或防水堤的研究来提高预测溃决形成的能力.其核心工作是将现场试验和室内试验(现场试验和室内试验的数据可以相互对照、比较以确定有效性和了解基本的溃决形成过程)与数字模型试验联系起来进行比较和分析.另外,还考察了影响溃坝地址的各种因素,也对与溃坝模型相关的不确定性进行了考察.【期刊名称】《大坝与安全》【年(卷),期】2012(000)002【总页数】5页(P64-68)【关键词】溃决形成;现场试验;室内试验;数据【作者】崔弘毅【作者单位】国家电力监管委员会大坝安全监察中心,浙江杭州310014【正文语种】中文【中图分类】TV6981 概述特大洪水演变过程及不确定性研究项目专题(IMPACT)之WP2专题(即溃决形成专题)的重点是通过对大坝或防水堤的研究来提高预测溃决形成的能力。
其核心工作是将现场试验和室内试验(现场试验和室内试验的数据可以相互对照、比较以确定有效性和了解基本的溃决形成过程)与数字模型试验联系起来进行比较和分析。
另外,还考察了影响溃坝地址的各种因素,也对与溃坝模型相关的不确定性进行了考察。
研究过程包括了相当数量的现场试验、室内试验和数据校核工作。
本文主要回顾重点工作和其中要点。
2 现场数据和实验室数据2.1 目标和方法IMPACT项目WP2专题中建模工作的目的如下:(1)对大坝溃决过程有更好的了解;(2)为模型验证、校准和测试提供数据,优化建模工具性态;(3)为评估现场试验和实验室试验间的规模效应提供数据和信息;(4)识别出最好的方法来模拟大坝溃决形成;(5)评估和量化现有溃决模型技术的不确定性水平。
该项研究分为3个子专题,即现场模型、试验模型和数字模型分析,见图1。
2.2 数据收集过程中收集了大量现场数据和试验数据。
MCM ICM 数学建模历年优秀论文 洪水 大坝模型

230 The UMAP Journal 26.3 (2005)
Geological Survey 1997; 1998] and the frequency of small earthquakes in the area led authorities to consider the consequences of such a disaster.
Summary
We predict the extent of flooding in the Saluda river if a large earthquake causes the Lake Murray dam to break. In particular, we predict how high the water would be when it reached Columbia and how far the flooding would spread up tributaries of the Saluda like Rawls Creek. We base our model on the Saint-Venant equations for open-channel water flow. We use a discrete version of them to predict the water level along the length of the river. Our model takes into account the width of the floodplain, the slope of the river, the size of the break in the dam, and other factors. We estimate parameters for Lake Murray, its dam, and the Saluda River and calculate the flood results.
2017 O奖 完整中文版

For office use only Team Control NumberFor office use only 55069T1 ________________ F1 ________________ T2 ________________ F2 ________________ T3 ________________ Problem Chosen F3 ________________T4 ________________AF4 ________________ 2017 MCM/ICM总结表卡里巴水坝的修复最近,南非风险管理研究所刚刚警告说,卡里巴大坝急需修复,否则整个大坝将会倒塌,350万人将面临危险。
为了寻找最佳的策略和列出的三个选项来维护大坝,我们使用AHP模型来过滤因素,并确定两个最具影响力的标准,包括潜在的成本和效益。
计算出各指标的权重后,我们的模型证明了选项3是最优选择。
根据我们的选择,我们需要对新水坝的数量和位置提出建议。
将其作为一个集合覆盖问题,建立了一个多目标优化模型,在提高水资源管理能力的同时最小化小水坝的数量。
摘要应用TOPSIS评价方法求水电需求,利用遗传算法求解该问题,得到12座小型水坝的近似最优解,并确定其位置。
在考虑水流调节策略的基础上,利用遗传算法方法建立了大坝系统的联合运行模型,模拟了小坝之间的相互关系。
根据卡里巴的气候数据,我们定义了四种年份,即正常流量年、低流量年、高流量年和差异年。
最后,这些统计数据可以帮助我们模拟一年中每个月的水量,从而得到水资源的规划和调控策略。
我们模型的敏感性分析指出,我们的约束条件(包括移除国家的一个重要城市,改变经济发展指标的衡量方法等)的微小变化,在大坝数量保持不变的情况下,会对我们的一些大坝的位置产生轻微的影响。
同时我们发现输出系数并不是大坝系统联合运行的重要因素,因为随着输出系数的变化,流量指数和容量指数变化不大。
浅谈三种堰塞坝溃口发展及最大溃决流量公式拟合论文

浅谈三种堰塞坝溃口发展及最大溃决流量公式拟合论文引言堰塞湖主要是地质灾書引发大规模、大方量的山体崩塌、滑坡阻塞河道形成的,具有瞬时形成、机理复杂、物质组成不详、溃决灾害□大等特点。
研究堰塞湖溃决模式及对最大溃决流量的预测将对堰塞湖应急处置、预警、避险等决策提供可靠的技术支持。
为了提高堰塞湖的安全控制水平,减轻或避免堰塞湖溃决损失,国内外学者针对堰塞湖的溃决机理,溃决过程展开了大量的模型实验研究,取得了一系列的重要成果。
作者通过对汶川地震所产生的上白座堰塞坝调查发现,堰塞坝根据物质组成大致可分为3类:一类堰塞坝由结构松散、覆盖层深厚的山体垮塌形成,主要为土和碎石构成,例如安县肖家桥堰塞坝、绵竹小岗剑堰塞坝,本文称为均质细坝;二类堰塞坝由松散岩石山体崩塌形成, 主要为尺寸相近的块石构成,例如都江堰关门山沟堰塞坝、窑子沟堰塞坝,本文称为均质粗坝;三类堰塞坝由山体顺层滑坡堵塞河道形成,具有明显上细下粗的分层特点,例如北川唐家山堰塞坝、都江堰枷担湾堰塞坝,本文称为分层坝。
由丁•堰塞坝的物质组成是堰塞湖最大溃决流量预测的关键因素之一,开展针对性的堰塞坝漫顶溃决试验研究是非常必要的。
本文针对上述3种坝型分别开展了8次漫顶溃决试验。
试验在模型水槽内完成,用摄像机记录了堰塞坝漫顶溃决试验全过程,根据采集溃口宽度、深度和最大溃决流量等实时试验数据,分析3种类型堰塞坝的溃决过程和溃口发展特点,以美国水道试验站公式为基础拟合出3种具有针对性的堰塞坝的最大溃决流量公式,能较好地反映堰塞坝的物质组成对堰塞湖最大溃决流量的影响。
1试验设计本次试验在水泥浆抹面矩形水槽中进行。
水槽宽50cm,高50cm,总长10m,底坡为5觥试验采用长lm,宽0.5m,高lm的水箱供水,通过调节阀门开度大小,结合流量仪控制入库流量。
该试验以关门山堰塞坝为背景,根据模型试验儿何相似和重力相似,确定儿何比尺入1为1 : 460。
试验模型坝高17. 4cm,宽50cm,顺河向顶宽32. 6cm,上游坝坡为1 : 2, 下游坝坡为1 : 3,坝顶处开挖宽10cm,深3cm的矩形导流槽。
美赛一等奖论文-中文翻译版

目录问题回顾 (3)问题分析: (4)模型假设: (6)符号定义 (7)4.1---------- (8)4.2 有热水输入的温度变化模型 (17)4.2.1模型假设与定义 (17)4.2.2 模型的建立The establishment of the model (18)4.2.3 模型求解 (19)4.3 有人存在的温度变化模型Temperature model of human presence (21)4.3.1 模型影响因素的讨论Discussion influencing factors of the model (21)4.3.2模型的建立 (25)4.3.3 Solving model (29)5.1 优化目标的确定 (29)5.2 约束条件的确定 (31)5.3模型的求解 (32)5.4 泡泡剂的影响 (35)5.5 灵敏度的分析 (35)8 non-technical explanation of the bathtub (37)Summary人们经常在充满热水的浴缸里得到清洁和放松。
本文针对只有一个简单的热水龙头的浴缸,建立一个多目标优化模型,通过调整水龙头流量大小和流入水的温度来使整个泡澡过程浴缸内水温维持基本恒定且不会浪费太多水。
首先分析浴缸中水温度变化的具体情况。
根据能量转移的特点将浴缸中的热量损失分为两类情况:沿浴缸四壁和底面向空气中丧失的热量根据傅里叶导热定律求出;沿水面丧失的热量根据水由液态变为气态的焓变求出。
因涉及的参数过多,将系数进行回归分析的得到一个一元二次函数。
结合两类热量建立了温度关于时间的微分方程。
加入阻滞因子考虑环境温湿度升高对水温的影响,最后得到水温度随时间的变化规律(见图**)。
优化模型考虑保持水龙头匀速流入热水的情况。
将过程分为浴缸未加满和浴缸加满而水从排水口溢出的两种情况,根据能量守恒定律优化上述微分方程,建立一个有热源的情况下水的温度随时间变化的分段模型,(见图**)接下来考虑人在浴缸中对水温的影响。
05年美国大学生数学建模竞赛A题特等奖论文翻译

在每一时刻流出水的体积等于裂口的面积乘以水的速率乘以时间:
h h Vwater leaeing = wbreach (
−
lake
s)
dam
water
leaving ttime
step
其中:V 是体积, w 是宽度, h 是高度, s 是速度, t 是时间。
我们假设该湖是一个大的直边贮槽,所以当水的高度确定时,其面积不改变。 这意味着,湖的高度等于体积除以面积
在南卡罗莱那州的中央,一个湖被一个 75 年的土坝抑制。如果大坝被地震破坏 将会发生什么事?这个担心是基于1886年发生在查尔斯顿的一场地震,科学家们 相信它里氏7.3级[联邦能源管理委员会2002]。断层线的位置几乎直接在穆雷湖 底(SCIway 2000;1997,1998年南CarolinaGeological调查)和在这个地区小地震 的频率迫使当局考虑这样一个灾难的后果。
)
−
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λ
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n j +1
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这里的上层指数表示时间和较低的空间, λ 是时间与空间步长的大小的比值。
(我们的模型转换以距离和时间做模型的单位,因此每个步长为 1)。第二个条 件的作用是受潮尖峰,因为它看起来不同并补偿于在每个点的任一边上的点。
我们发现该模型对粗糙度参数 n 高度敏感(注意,这是只在通道中的有效粗 糙度)。当 n 很大(即使在大河流的标准值 0.03)。对水流 和洪水堆积的倾向有 较高的抗拒,这将导致过量的陡水深资料,而且往往使模型崩溃。幸运的是,我
我们的任务是预测沿着Saluda河从湖穆雷大坝到哥伦比亚的水位变化,如果 发生了1886年相同规模的地震破坏了大坝。特别是支流罗尔斯溪会回流多远和哥 伦比亚南卡罗来纳州的州议会大厦附近的水位会多高。
数学建模论文写作技巧论文自评(美赛一等奖获得者从获奖论文评述中总结的经验)
数学建模论文写作技巧论文自评(美赛一等奖获得者从获奖论文评述中总结的经验)论文自评Successful teams would have to combine existing models, data, and new ideas in creative and original ways.(成功的队伍会把现有的模型、数据和新的思想创造性地组合起来)Here are some of the issues that kept papers from the final rounds:(以下问题会使得论文无法进入最后一轮评审)Errors in mathematics, which quickly took them out of further consideration. (数学上的错误,使他们无法进行更深层次的思考)Including mathematics that didn’t fit the flow of the presentation. In a few cases, mathematics appears to have been inserted to make a paper look more credible or to take the place of other work that had led to a dead end. (数学方法被插入论文中是为了使论文看起来更可信或是取代某些其他的工作将会使论文被淘汰)Changing notation, sometimes even within a single section. (改变符号,有时甚至在同一个章节中)Using undefined or poorly defined symbols, or using symbols before defining them. (用没有定义过的符号,或者在定义之前使用它们) ?Incomplete expressions, either because the team made an error or because the expression did not survive the word-processor. (One of theOutstanding papers addressed in this commentary had a few incomplete, probably because they didn’t survive the word-processor, but the coherence of its model and the strength of its presentation overcame that defect.)(不完整的表述)Some models were difficult to understand; poor writing was the most common cause. Another cause was the use of inapposite mathematics. Ifthe mathematics was a result of a “drive-by” insertion, fitting it into the model could be difficult.(一些模型是很难理解,可怜的写作是最常见的原因。
数学建模优秀论文灾情巡视路线的数学模型
精心整理灾情巡视路线的数学模型摘要本文解决的是灾情巡视路线的设计问题。
由于路线图可看成网络图因此此问题可转化为在给定的加权网络图中寻找从给定点O出发行遍所有顶点至少一次再回到点O使得总权(路程或时间)最小的问题。
然后针对具体问题,采用一些启发式算法,建立模型进行求解。
对于问题一:基于设计分三组巡视时使总路程最短且各组尽可能均衡的巡视路线的要求我们采用Dijkstra算法,通过对初始圈进行二边逐次修正,处理三组的巡视路线长度,用lingo软件求解出较优方案。
定义分组的均衡度系数a检验分组均衡度,在均衡度为a=0.0751时得到分三组(路)巡视时,总路程最短且各组尽可能均衡的巡视路线见附表1。
1.问题重述1.1问题背景今年夏天某县遭受水灾。
为考察灾情、组织自救,县领导决定,带领有关部门负责人到全县各乡(镇)、村巡视。
巡视路线指从县政府所在地出发,走遍各乡(镇)、村,又回到县政府所在地的路线。
附录一中给出了该县的乡(镇)、村公路网示意图,公路边的数字为该路段的公里数。
1.2本文需解决的问题问题一:若分三组(路)巡视,试设计总路程最短且各组尽可能均衡的巡视路线。
问题二:假定巡视人员在各乡(镇)停留时间T=2小时,在各村停留时间t=1小时,汽车行驶速度V=35公里/小时。
要在24小时内完成巡视,至少应分几组;给出这种分组下你认为最佳的巡视路线。
2.12.2路线。
因此问题就转化为一个图论问题,即在给定的加权网络图中,寻找从给定点O出发,行遍所有顶点至少一次再回到O点,使得总权(路程或时间)最小。
此即多个推销员的最佳推销员回路问题。
基于以上分析,运用图论知识和图论软件包进行求解,再利用均衡度分析对得到的分组路线进行微调,均衡度越小表示路线越均衡,微调后即可得到相对较优的分组路线。
可认为这样设计的分组方法和巡回路线能使总路线近似最短。
针对问题二:在问题一的基础上添加了巡视组在各乡镇停留时间T=2小时,在各村停留时间t=1小时,汽车行驶速度V=35公里/小时等条件,要求在24小时内完成巡视的最少分组数以及相应的最佳巡视路线。
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这里: • •
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v 是截面平均速度 n 是 Gauckler-Manning 系数 Rh 是液压半径(L; ft, m); S 是液压级线的斜率或线性液压头损失(L / L); k 是 SI 与英文单位之间的转换因子。
该公式可以通过使用维度分析获得。 利用这个公式,很容易发现,当水流到达大坝时,其平
4.1 水流的行为
在我们的模型中,我们需要计算每个水坝的供电能力。 其中一个关键变量是水流到达大坝时 的平均流速。 我们假设赞比西河的水流是一个通道。 因此,我们可以采用经验公式 Manning 公 式来估计这个速度。 ������ */" v = ������) ������ -/* ������
其中 a 是体积到费用系数。
4.3 iMoDS:串联大坝综合模型(这翻译感觉不错)
在水坝达到一个水坝和一个水坝后,调查了水的行为,进一步提出了水坝综合模型。 该模型 由风险成本模型,供电能力模型和系列安全模型三个主要部分组成。 如图 3 所示,我们的模型作 为一个评估单一坝和整个组的综合机器。 基本上,我们可以将其视为非线性规划方法。 三个主 要部分作为来自不同领域的三个特征。 他们也根据自己对整个系统的贡献,分配不同的权重。
其中 d 是两个相邻水坝之间的平均距离。
4.3.4
电源能力模型
卡里巴被设计为一个单一用途的水电项目。 开始任何水电站发电项目,计算其水电数量至关 重要。 在我们的模型中,最后一部分是估计这种经济效益。 如果我们总结每个水坝的电力供应, 这个模型可以数值计算我们的新系统的电力供应。 基于水电方程[6],直观地得到等式 7,这是液 压头和流体流量的函数。 一个单位的水可以做多少工作取决于它的头部的重量。 并且可以通过水的密度,重力加速度, 流量和坠落高度来测量坝上的功率。
溃堤洪水过程的模型试验与数值模拟
溃堤洪水过程的模型试验与数值模拟张晓雷;夏军强;果鹏;陈倩【期刊名称】《四川大学学报(工程科学版)》【年(卷),期】2018(050)004【摘要】黄河下游滩区既是当地群众赖以生存的场所,同时也兼具蓄洪、滞洪及沉沙的功能.滩区居民为保障农业生产和村庄安全,在主槽两侧修建生产堤来抵御中小洪水.然而当遭遇大洪水致使生产堤溃决时,溃堤洪水仍将给滩区群众生命和财产安全造成巨大威胁.作者基于在大型水槽中所进行的溃堤洪水概化模型试验,首先分析了溃堤后滩槽内的水位变化特性及滩区内洪水波的传播过程;然后建立了相应的2维数学模型,并对数学模型进行了验证,结果表明数值模拟与模型试验结果吻合较好;最后利用验证后的模型进一步模拟了滩区不同糙率取值条件下溃堤洪水的演进过程,探讨了滩区不同糙率取值对溃堤洪水的水位、流速等水力要素及波前在滩区内传播时间的影响.成果分析表明:1)生产堤溃决后主槽内水位具有先下降,后稳定,再升高,再稳定的变化特征;滩区内水位呈持续升高,最终趋向稳定的趋势;滩区各测点流速则先增大后减小;进滩流量先减小,后稳定,再减小,最后趋向为零;2)滩区不同糙率取值对进滩流量及洪水演进流路无明显影响,但对溃堤洪水波前到达时间影响较大,波前到达时间随着滩区糙率取值的增大而逐渐增大,随着洪水量级的增大而逐渐减小;滩区各特征测点最大流速随着糙率的增大而减小.研究成果不仅可以深化对溃堤洪水演进规律的认识,还可为后续的溃堤洪水模型试验研究提供借鉴和参考.【总页数】11页(P71-81)【作者】张晓雷;夏军强;果鹏;陈倩【作者单位】武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北武汉 430072;华北水利水电大学水利学院,河南郑州 450046;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北武汉 430072;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北武汉 430072;武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室,湖北武汉430072【正文语种】中文【中图分类】TV122.4【相关文献】1.基于MIKE Flood的中小河流溃堤洪水演进数值模拟 [J], 刘卫林;梁艳红;彭友文2.含沙溃堤洪水数值模拟分析 [J], 徐国宾;孟庆林;苑希民3.舟山东港新城溃堤洪水演进数值模拟 [J], 黄潘阳;来向华;季有俊;胡涛骏;王友忠4.溃堤洪水过程的模型试验与数值模拟 [J], 张晓雷;夏军强;果鹏;陈倩;;;;;5.含盐风暴潮溃堤洪水数值模拟及风险分析 [J], 徐国宾;孟庆林;苑希民因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
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分析溃坝:针对南卡罗来纳州大坝坍塌建立模型 摘要萨鲁达大坝建立在卡罗莱纳州的墨累湖与萨鲁达河之间,如果发生地震大坝就会坍塌。
本文通过建立模型来分析以下四种大坝决口时水的流量以及洪水泛滥时水的流量:● 大坝的绝大部分被瞬间侵蚀看成是大坝瞬间彻底坍塌;● 大坝的绝大部分被缓慢侵蚀看成是大坝延期彻底坍塌;● 管涌就是先形成一个小孔,最终形成一个裂口;● 溢出就是大坝被侵蚀后,形成一个梯形的裂口。
本文建立了两个模型来描述下游洪水的泛滥情况。
两个模型都采用离散网格的方法,将一个地区看成是一个网格,每个网格都包含洪水的深度和体积。
复力模型运用了网格的速度、重力以及邻近网格的压力来模拟水流。
下坡模型假定水流速度与邻近网格间水位高度的成正比例。
下坡模型是高效率的、直观的、灵活的,可以适用于已知海拔的任何地区。
它的两个参数稳定并限制了水流,但该模型的预测很少依赖于它们的静态值。
对于萨鲁达溃坝,洪水总面积为25.106km ;它还没有到达国会大厦。
罗威克里克的洪水向上游延伸了km 4.4,覆盖面积达24.26.1km -变量及假设表1说明了用来描述和模拟模型的变量,表2列出了模拟程序中的参数。
表 1模型中的变量.变量 定义溃坝时的水流量速率1TF Q 瞬间彻底坍塌2TF Q 延期彻底坍塌PIPE Q 管涌OT Q 溢出peak Q 最大流速溃坝时水流出到停止所用时间1TF t 瞬间彻底坍塌2TF t 延期彻底坍塌PIPE t 管涌OT t 溢出V ∆ 溃坝后从墨累湖里流出的水的总体积Lm Vol 墨累湖的原来体积LM Area 墨累湖的原来面积breach d 从裂口到坝顶距离breach t 从裂口开始到溃坝形成的时间 近似圆锥的墨累湖的侧面一般假设● 正常水位是在溃坝前的湖水位置。
● 河道中的水流不随季节变化而变动。
● 墨累湖里的水的容积可以看作为一个正圆锥(图1 )。
表2 模拟程序中的参数 参数 所取值 意义BREACH_TYPE 变量 瞬间彻底坍塌,延期彻底坍,管涌,溢出模型中的一种 T ∆ 0.10 时间不长的长度(s)MIN_DEPTH 0001.0 网格空时的水的深度(m) FINAT T 100000 大坝彻底决口所用时间 b T 3600 溃坝达最大值的时间(s) peak Q 25000 溃坝的最大流速(m 3/s) breach d 30 蓄水池的最初深度(m) LM Volume 910714.2⨯ 墨累湖的总体积(m 3) LM Area 610202⨯ 墨累湖的总面积(m 2)k 504.0 扩散因素 (控制两网格间交换的水的数量) MAX_LOSS_FRAC 25.0 单位网格中水的最大流失量图 1. 水库近似一个正圆锥.大坝假设● 萨鲁达大坝在以下四种方式之一坍塌:-瞬间彻底坍塌,-延期彻底坍塌,-管涌,-溢出。
● 土建大坝的材料是统一的。
● 裂口的基本宽度是在大坝高度和3倍大坝高度之间[美国美国陆军工程1997]● 没有什方法能防止溃坝。
下游假设●忽略建筑物对水流的阻力。
●洪水对地形的影响不显著。
●洪水流经的地方不产生任何冲击物。
●忽略洪灾前该流域的水。
●只考虑溃坝时流出的水。
● 没有什么方法能防止洪水灾害。
已知数据●墨累湖的面积:2200km ●墨累湖的体积:3610710.2m ⨯ ●大坝的高:m 4.63 (坝顶高于海平面ft 370) ●大坝的长: km 4.2 ● 墨累湖的海拔:高出海平面m 1105.106-模型设计溃坝各类溃坝是以流量来描述的,它是时间和对应参数的函数。
瞬间彻底坍塌瞬间彻底坍塌的流量模型是正三角形[美国美国陆军工程1997](图2)。
参数是裂口深度和流出最高量,其值为.000,30,203m Q m d peak breach ==延迟彻底坍塌利用等腰三角形模型来描述延迟坍塌是可行的,因为它把水量总体积的一半从被侵蚀的大坝中流出直至决口水的流速才达到最大值 [美国美国陆军工程1997] (图3 )。
此外,土建大坝的侵蚀时间可能会比其他类型的大坝更长,如混凝土大坝。
这种模型有同样的参数,并有相同的值:.000,30,203m Q m d peak breach ==图2瞬间彻底坍塌的流速图3延迟彻底坍塌的流速管道崩裂对于管道崩裂,裂口首先出现在坝面中部,继续增大直至管道上的材料完全瓦解[泥沙淤积和河道水力学组2004年]。
由于裂口增大,流速呈指数增加;当管道上的材料完全瓦解时出现最高水流速度。
从这个角度看,溃坝时水从流出大坝到静止类似一个大坝完全崩裂的过程。
我们利用一个递减的指数函数从彻底崩裂模型中得到不同的结果(图4)。
我们利用增长速度来确定洪峰发生的裂口时间,由于洪水慢慢退去最终水流速度小于洪峰流速的1%。
将裂口深度、大坝的洪峰流出量以及裂口时间作为参数,其值为:.000,50,000,30,203s t m Q m d breach peak breach ===为了更好说明当裂口开始形成时流速与时间的关系,我们绘制出短期内的速度变化情况,如下图4:。
过难关图4管涌崩塌时的流速图5管涌崩塌开始时的流速溢出崩塌对于溢出崩塌,水开始从裂口的顶部流过,就是说从上面侵蚀着大坝。
我们找到关于溢出崩塌的资料不多。
在管涌失败中,根据抛物线的形状,我们估计流速增加,直至大坝完全被侵蚀(图6)。
在到达裂口时间后,就认为流量等于完全崩塌状态时的大小。
参数仍然是裂口深度,大坝流出量的峰值,以及裂口时间,其值为:.000,30,000,30,203s t m Q m d breach peak breach ===图6溢出失败的流速下游流量我们根据下游地区的水的流动规律建立模型,使用离散的方法建立裂口模型。
根据伯努利方程,复力模型采用了物理类比方法检测水的流动;下坡模型对水流量采用了更简单、更直观的水流分析机理。
因为复力模型的结果不符合常理;因此,我们在分析洪水灾害时利用下坡模型。
对于这两个模型,将围绕萨鲁达大坝的区域划分成一系列正方形的网格单元。
每个单元涵盖面积为m m 210210⨯,并和海拔高度和水的体积(基于单元中水的深度)有关系。
该海拔数据摘自美国地质调查所的国家海拔数据[2004](以减少过程时间),平均每组77⨯个元胞。
每个模型以单元模拟了之间水的泛滥;模型区别出每段时间内相邻元胞之间水是如何交换的以及交换量是多少。
复力模型构建模型这个模型对单元内所含的水进行力学分析。
每个单元有一个相关的海拔、水的平均深度、平均流速(y x -组成)。
外力作用于某一特定单元,假定只产生两种影响:外界压力的施加使四个元胞直接接触,再加上引力的作用,加快了水流向海拔较低的地方(即是下坡) 。
模型的主要原则是:➢ 单元之间的流量是与四个相邻共面单元之间不同的压力成比例的; ➢ 单元间的压强是与平均深度成比例的。
如图7,8所示,把单元压缩至一半深度所产生的压强假设为平均压强,记做gd P ρ21=图7施加于网格单元上的压力示意图图8施加于网格单元上的重力示意图我们假定所施加的压强是两个单元压缩的深度平均后的压强,由于边界的压缩深度取平均值,所以使它们之间水深度的变化是呈线性的,施加在相邻单元的压力就是平均压强乘以两个元胞之间的面积。
我们用单元内水的体积乘以密度求出质量,再用水所受到的力除以它的质量,即可求出水的加速度:.4)(12220d d d g a x x x ω-= 我们估计出当前及其4个相邻的单元倾斜度进而计算出加速度。
从几何上确定水平加速度(图9)是.4222h g h a g ∆+∆=ωω 在模型中包括大量的时间段,通常以1秒钟为单位。
在每段时间的开始,水流入到包括溃坝的单元中;水量取决于上述的溃坝模型。
对于每个时间段,加速度(y x -组成)是用来计算地区内每个单元内增加的水速,则水速是以下面的式子进行变化的,即.t a v v old new ∆+=图9 确定沿斜面向下的重力值水流的速度将决定每一个单元的流动方向:当0>x v 时,单元内水向右流动; 当0<x v 时,元胞向左流动。
在那个方向上流出的水量和速度是成比例的,所以,当前网格单元水的深度变化公式为:.2ωt d d avg donated ∆=流出水量使相邻单元水的深度也发生了变化,所以模型中水的总量是守恒的(忽略流向边缘和注入崩裂的单元的水)。
当速度非常大时,一个单元可以流出的水比它原来拥有的还多。
具体来说,如果速度乘以时间大于单元宽度,则流出量将大于网格单元当前的容积。
如果出现这种情况,假设网格元胞失去全部的水分,根据x 和y 方向上标注的测出失水量可以说明这种情况。
评价模型特点:它用一个简捷而富有意义的物理类推法为水的状态建立了模型。
用到的力学分析包括采用伯努利方程梯度和模拟离散流体。
用计算机模拟并保存速度信息可以模拟出受灾地区水的态势。
例如,当水袭击哥伦比亚的一个特别建筑物时,如国务院,该模型可以预测出水的速度。
模型的缺点结果显示该模型是不现实的。
因为含有大量水的单位格加速度小,这些单位格流尽是非常缓慢的,即使相邻的是完全的空单元;同理,小单位格内水流尽太快。
结果是一个棋盘格局:大单位格变得更大而它们相邻的小单元格则变得更小。
这个错误与我们的假设有关:一个单位格内所有的水有相同的速度:一个单独的单元格内的水不能向各个方向流。
模型适用于比较简单的地形(如一个简单的下坡通道);但是对需要在几个方向都传输水这种非常复杂地形就不适用了。
这个模型的另一个缺点是其太复杂。
对于每个单位格,该模型都篡改了大量的参数,使调试和故障排除变困难了。
下坡模型构建模型下坡模型假定两单元间的流速是与这些单元格的质心高度差和接触面积的乘积成正比。
该模型允许单元格的水可多方向地流动,如果它高于相邻单元格。
在力学模型中,我们流入溃坝地区的水是在每隔一段时间内增加的。
每个时间段,每一个单位格(除了那些在地图底部和右界线上,这是处理后的)与这两个单位格交换水后将立刻下降。
这样可以确保每一个单位格与它的四个邻居精确地交换水。
为了与单位格交换水,单位格应按下面的公式改变其高度。
()20h h kd d avg donated -=假设常数k ,在坍塌时水的的速度为s m /30。
然后我们运用k 的变化求出了模型的结果。
然后,把邻近单位的高度变成相反数。
为了确保结果一致性,直到时间段的最后变化了的高度才会被使用,毕竟已经被计算出了变化了的单元的海拔。
如果一个单位格的失水量已经超过它的最大失水量,我们就取这个值为最大失水量。
最大失水量是用来防止水来会无规律流动:即当大单位内水流向了相邻的单元格而自身含水量就越来越少,到达一定程度后水就自然往回流,这就使在任何时刻单元格的一半总是空的。